Relatório - Diodo

Relatório - Diodo

USF

Universidade São Francisco

Eletrônica

“Relatório: Prática de Laboratório - Diodos”

Itatiba – SP

2010

“Relatório: Prática de Laboratório - Diodos”

Alunos: Diego Francisco Rosa 002200800393

Gustavo Bonucci 002200800141

Gustavo Rodrigues Cesar 002200800442

Lucas Ercoline 002200800012

Stefan Gustavo dos Reis Lima 002200800462

USF : Universidade São Francisco

Semestre e Curso: 6º - Engenharia Mecânica – Automação de Sistemas

Matéria: Eletrônica – Renato Franco de Camargo

Sumário:

Sumário 02

Introdução 03

Revisão Bibliográfica 05

Matérias 12

Resultados 14

Conclusão 18

Referências Bibliográficas 19

Introdução

Neste trabalho será explicado as características dos diodos Retificador, Diodo Zener, Diodo Schottky; Diodo Túnel, LED (Diodo emissor de Luz), Fotodiodo e o Diodo Varicap com ênfase nos diodos usados na prática do laboratório. Será mostrado os materiais necessários para a realização do ensaio, como por exemplo Fonte de alimentação C.C., Osciloscópio, Matriz de contatos, Diodos, Multímetro entre outros posteriormente citados. A Prática de laboratório, dividida em duas etapas contará com:

  1. Caracterização do Diodo;

Usando os circuitos abaixo para a prática e coleta de dados.

Circuito 1:

Circuito 2:

  1. Retificador de Meia-onda.

Usando o circuito abaixo para a prática e coleta de dados.

Também será apresentado os resultados obtidos no laboratório e comparados com os dados encontrados em contas realizadas.

Ao Final deste trabalho serão mostradas as conclusões, onde serão comparadas com os dados teóricos.

Revisão Bibliográfica

Diodos

Diodos são componentes de grande aplicação em circuitos eletrônicos. Seu nome representa “dois eletrodos”. Este componente tem seu funcionamento semelhante ao de uma chave podendo estar aberta ou fechada.

Para entendermos seu funcionamento, temos de conhecer suas etapas de produção. O diodo é construído a partir de um material semi-condutor. Materiais semi-condutores são aqueles que possuem quatro elétrons em sua camada de valência. Como o número de elétrons determina a condutibilidade de um material, são considerados semi-condutores pois condutores possuem apenas um elétron na camada de valência e isolantes possuem oito assim eles ficam no meio desses valores.

Fig. 1.1 – Diodos

Produção de Diodos

Para se fazer um diodo, é necessário passar o material semi-condutor (Germânio e Silício, porém o silício é mais usado por ser mais abundante na natureza) por um processo chamado Dopagem de Semi-Condutores. Esse processo baseia-se na aplicação de gases trivalentes e pentovalentes para a construção de pólos positivos e negativos da seguinte forma:

  • Para se formar o pólo negativo, aplica-se gás pentovalente (gás de elementos do período 5. Exemplos: Arsênico, Antimônio e Fósforo) como representado a seguir:

Fig. 2.1 – Inserção de gás pentovalente para a polarização negativa.

Como já dito, o material semi-condutor possui quatro elétrons na camada de valência, adquirindo os cinco elétrons do gás pentovalente, ele completa uma camada (oito elétrons) e forma outra com apenas um. Sobrando um elétron, dizemos que o material possui excesso de cargas negativas ficando assim, negativamente polarizado.

  • Para se formar o pólo positivo, aplica-se gás trivalente (gás de materiais de elementos do período 3. Exemplos: Gálio, Iodo, Boro e Alumínio) como representado a seguir:

Fig. 2.2 – Inserção de gás trivalente para a polarização positiva.

Já com quatro elétrons na camada de valência, o semi-condutor recebe mais três do gás trivalente ficando assim com sete elétrons. Para completar sua camada de valência, o material necessita de mais um elétron. Dizemos então que o material está em falta de elétrons ou em sobra de prótons (cargas positivas) ficando assim, positivamente polarizado.

Ao final desse processo, ocorre a neutralização das cargas mais próximas. No centro do material, ou no limite entre pólo negativo e positivo, as cargas diferentes estão mais próximas, assim, elas se atraem e vão neutralizando essa região do material. Ao final essa área acaba ficando neutralizada, á essa região, damos o nome de Camada de Depleção. O funcionamento do diodo é basicamente esta camada de depleção.

Teoria de Funcionamento

A barreira de potencial no diodo é a tensão mínima requerida para que ele comece a conduzir corrente elétrica. Esse valor mínimo é de aproximadamente 0,7 volts para diodos de silício e 0,3 volts para diodos de germânio. Se a tensão na fonte for menor que esses valores, o diodo não conduzirá corrente elétrica.

O diodo em circuitos elétricos funciona como uma chave que varia de estado conforme a maneira que é ligado á fonte. Daí surgem duas formas de ligação ou como veremos, duas formas de polarização:

  • Polarização Direta: É quando se liga o pólo positivo da fonte com o pólo positivo do diodo, o pólo negativo da fonte com o pólo negativo do diodo. Neste estado, como as cargas emitidas pela fonte são iguais as cargas dos extremos do diodo, elas se repelem, aproximando-se do centro do diodo até que a camada de depleção diminua tanto que o diodo comece a conduzir. Nesse estado, o diodo se comporta como uma chave fechada, tendo corrente e não tendo tensão.

  • Polarização Reversa: É quando se liga o pólo positivo da fonte com o pólo negativo do diodo e o pólo negativo da fonte com o pólo positivo do diodo. Neste estado, como as cargas emitidas pela fonte são diferentes das cargas dos extremos do diodo, elas se atraem e se acumulam nesses extremos fazendo com que a camada de depleção aumente. Assim, não é possível que a corrente passe pelo diodo fazendo com que neste estado, o diodo se comporte como uma chave aberta, tendo tensão e não tendo corrente.

Nos circuitos, usamos um Resistor para servir como limitador de corrente, pois se a corrente que passar pelo diodo for maior que sua máxima corrente direta, haverá perda do componente. Mesmo se esta corrente for próxima ao valor máximo, a vida útil do diodo reduz bastante. Quanto maior for o valor da resistência, menor será a corrente no diodo.

Tipos de Diodos

As características, o modo na qual se comporta, sua área de atuação no gráfico da curva do diodo e outros fatores, indicam o diodo que será utilizado em determinada função. Os principais tipos de diodos são:

  • Diodo Retificador: Componente utilizado para retificar a forma de onda.

Fig. 4.1 – Diodo Retificador.

  • Diodo Zener: É especialmente projetado para trabalhar na região de ruptura de tensão reversa. É utilizado em circuitos reguladores de tensão

Fig. 4.2 – Diodo Zener

  • Diodo Schottky: Este diodo serve para diminuir a carga armadilha no diodo através do Efeito Schottky. Seu nome é em homenagem ao físico alemão Walter Schottky.

Fig. 4.3 – Diodo Schottky

  • Diodo Túnel: É um diodo semicondutor muito rápido que opera na casa dos Ghz através dos efeitos da mecânica quântica.

  • LED (Diodo emissor de Luz): Este diodo é mais utilizado como pequenas lâmpadas que servem para indicar algo ou para formar letreiros eletrônicos.

Fig. 4.4 – LEDs

  • Fotodiodo: É um tipo de fotodetector designado para responder á entradas óticas.

Fig. 4.5 – Fotodiodo

  • Diodo Varicap: É um capacitor variável que tem sua capacitância alterada conforme a tensão que é submetido.

Simbologia

Diodo Retificador

Diodo Zener

Diodo VARICAP

Diodo Túnel

Fotodiodo

Led (Diodo Emisor de Luz)

Diodo Schottky

Diodo com característica dependente da temperatura

Tabela 5.1 – Simbologia de Diodos (A= Anodo (+) e K=Catodo (-))

Aproximações

Para os cálculos envolvendo diodos, usa-se as seguintes aproximações:

  • 1ª Aproximação: O diodo funciona apenas como uma simples chave. Despreza-se sua tensão mínima para início de condução. Para se fazer cálculos onde não seja necessário muita precisão.

Fig. 6.1 – Curva do Diodo Ideal

  • 2ª Aproximação: Nesta, considera-se sua tensão mínima para condução podendo ser considerado uma fonte de tensão de 0,7 volts. Para se fazer cálculos onde seja necessário o mínimo de precisão.

Fig. 6.2 – Curva do Diodo para a 2ª Aproximação

  • 3ª Aproximação: Nesta, além da tensão mínima para condução, ainda deve-se considerar a resistência de corpo do diodo (rB). Esta aproximação dá um valor preciso ao calculo.

Fig. 6.3 – Curva do Diodo para a 3ª Aproximação.

Matérias

Lista de materiais utilizados:

2 (dois) Diodos Semicondutores

1 (um) Diodo Zener

1 (um) LED Vermelho

1 LED Verde

1 (um) Resistor de 220;

1 (um) Resistor de 1K2;

1 (uma) Fonte de alimentação C.C.

1 (um) Multímetro

1 (um) Osciloscópio

1 (um) Matriz de contatos “Protoboard”

1 (um) Kit com Transformador com Center tap

Resultados

Prática de laboratório 1 - Retificador meia-onda

A tensão fornecida pela concessionária de energia elétrica é alternada ao passo que os dispositivos eletrônicos operam com tensão contínua. Então é necessário retificá-la e isto é feito através dos circuitos retificadores que convertem corrente alternada em corrente contínua.

Temos os retificadores monofásicos para uso em aparelhos eletrônicos de um modo geral e os retificadores polifásicos para uso em circuitos industriais de alta potência.

O diodo tem a característica de conduzir corrente somente num sentido e devido a esta característica unidirecional, o mesmo é utilizado para retificar.

O diodo ideal com polarização direta comporta como uma chave fechada e com polarização reversa comporta como uma chave aberta.

O diodo tem resistência direta muito baixa e resistência reversa muito alta.

Circuito utilizado para a Prática.

  • Tensão de Entrada = 131V;

  • Tensão de Saída = 20V;

Medições com o Multímetro:

  • V Trafo;

  • V Diodo;

  • V Carga.

V Trafo

14,35 V

V Diodo

7,65 V

V Carga

6,9 V

Medição com o Osciloscópio (Gráfico de Ondas):

  • V Diodo;

  • V Carga;

  • V Trafo;

  • V Pico;

  • V Eficaz.

Teórico

Prático

Gráfico de Tensão de Entrada

Tensão de Pico = 20V

Tensão de Pico = 18V

Gráfico de Tensão de Saída

Tensão de Pico = 20V

Tensão de Pico = 18V

Gráfico de Tensão no Diodo

Tensão de Pico = 20V

Tensão de Pico = 18V

Prática de laboratório 2 – Diodos Semicondutores:

Um diodo polarizado diretamente, deve conduzir a corrente elétrica sem apresentar resistência, comportando-se como um interruptor fechado.

Polarizando inversamente um diodo semicondutor deve se comportar como um isolante perfeito, impedindo completamente a circulação de corrente. A condição de bloqueio de um diodo também pode ser denominada de corte do diodo, porque o diodo corta a circulação de corrente.

Por essas razões os circuitos montados são a prova de erros, já que montando um componente invertido faz com que o circuito não funcione.

Circuito em Série:

Medidas

Teórica

Prática

VCC

10,0 V

10,06 V

VD1

0,7 V

0,71 V

VD2

0,7 V

0,71 V

VZ

0,7 V

0,8 V

VL1

1,7 V

1,77 V

VL2

2,2 V

2,20 V

VR

3,75 V

3,81 V

I

81,3 mA

77,2 mA

Circuito em Paralelo:

Medidas

Teórica

Prática

VCC

8,0 V

8,11 V

VR1

1,75 V

1,87 V

VR2

6,3 V

6,2 V

VDZ

3,0 V

2,98 V

A1

8,0 V

8,08 V

A2

5,3 V

5,29 V

A3

3.0 v

2,99 V

I

8,5 mA

8,3 mA

Componentes analisados individualmente

Componentes Utilizados nas Práticas

Medidas Obtidas através do Multímetro

LED 01

1,604 V

LED 02

1,785 V

ZENER

0,72 V

D1

0,575 V

D2

O,562 V

R1

1,155 K

R2

0,220 K

Conclusão

Com esse relatório e com as práticas realizadas no laboratório podemos visualizar os sistemas elétricos vistos na sala de aula, entendemos a real utilidade e aplicação dos componentes utilizados no laboratório, como os métodos para retificação de ondas, a polarização dos diodos, além da montagem desses componentes no “Protoboard” a análise e compreensão dos gráficos plotados no Osciloscópio.

Referência Bibliográfica

Comentários